Selfish Mining Attacks Exacerbated by Elastic Hash Supply
已经提出了针对工作量证明区块链的几种攻击，这可能会增加攻击者的挖掘奖励份额（例如，自私的采矿，区块扣留）。这种攻击的另一个影响，在以前的工作中没有考虑过，是降低诚实节点的挖掘利润率，激励他们停止挖掘或离开受攻击的链，寻找更有利可图的链。诚实节点的离开加剧了攻击，并可能进一步降低盈利能力，并激励更多诚实节点离开。在本文中，我们首先提出了一个实证分析，表明采矿的盈利能力和总哈希率之间存在统计学上的显著相关性，证实了矿工确实会对盈利能力的变化做出反应。其次，我们提出了一个理论分析，表明在这种弹性哈希供应下的自私挖掘会导致链的崩溃，即，所有诚实的节点离开，或到一个稳定的平衡取决于攻击者的初始份额。
2021-03-14 cs.CR
Optimal Selfish Mining Strategies in Bitcoin
比特币是一种分散的加密货币，以及一种伴随的协议，创建于2008年。比特币节点不断地生成和传播区块--新批准的交易的集合，这些交易被添加到比特币的分类账中。区块创建需要节点投入计算资源，但也会以比特币的形式向创建者支付奖励。虽然该协议要求节点快速分发新创建的区块，但强大的节点实际上可以通过扣留他们创建的区块并选择性地推迟其发布来获得更高的回报。这种自私挖掘攻击的存在首先由Eyal和Sirer报道，他们已经证明了与标准协议的特定偏差（我们将其命名为SM 1）。在本文中，我们扩展了自私的挖掘攻击的基础模型，并提供了一个算法，以找到$ε$ -最优策略的模型内的攻击者，以及严格的上界的收入最优的政策。因此，我们能够提供攻击者需要的计算能力的下限，以便从自私的挖掘中受益。我们发现，利润阈值-一个有利可图的攻击所需的资源的最小比例-是严格低于SM 1计划引起的。事实上，我们的算法给出的策略通过更好地调节攻击-撤回来主导SM 1。使用我们的算法，我们表明，Eyal和Sirer的建议对策自私的挖掘是略低于以前的有效性。接下来，我们深入了解存在通信延迟的自私挖掘，并表明，在考虑延迟的模型下，利润阈值消失，即使是小的攻击者也有动机偶尔偏离协议。我们的结论与自私的采矿和双重支出攻击的综合力量的观察。
2015-07-23 cs.CR
Inside Qubic's Selfish Mining Campaign on Monero: Evidence, Tactics, and Limits
ShardLab, Seoul, Republic of Korea（ShardLab）；Hashed Open Research, Seoul, Republic of Korea（Hashed Open Research）；Korea University, Seoul, Republic of Korea（韩国大学）
研究分析了Qubic对Monero的自私挖矿攻击，发现其算力份额虽高但未达多数控制，且通过模型预测收益低于诚实挖矿，但存在系统性偏差。
2026-08-04 cs.CR
Selfish & Opaque Transaction Ordering in the Bitcoin Blockchain: The Case for Chain Neutrality
大多数公共区块链协议，包括流行的比特币和以太坊区块链，都没有正式规定矿工从待处理（或未提交）交易池中选择交易的顺序。然而，多年来，通过矿工使用共享软件，出现了交易排序的非正式约定或“规范”，例如，Bitcoin Core中的GetBlockTemplate（GBT）挖矿协议。今天，一个广泛持有的观点是，比特币矿工根据他们提供的“每字节交易费”来优先处理交易。“因此，鼓励比特币用户增加费用，以加速他们的交易承诺，特别是在拥堵期间。在本文中，我们对比特币区块链进行了审计，并提出了统计学上显著的证据，证明矿池偏离了规范，以加速交易的承诺，这些交易具有（i）自私或既得利益，或（ii）通过不透明（非公开）的侧渠道收到暗费支付。随着区块链越来越多地被用作各种去中心化（金融技术）系统的记录保存基底，我们的研究结果呼吁立即讨论如何定义矿工在链中订购交易时必须遵守的中立性规范。最后，我们公开我们的数据集和脚本。
2021-10-22 cs.CR
A Deep Dive into Blockchain Selfish Mining
本文研究了区块链安全性的一个基本问题，即多个行为不端的池的存在如何影响自私挖掘的盈利能力。每个自私的矿工维护一个私有链，并将其公开，以获得与他的哈希率不相称的更多奖励。我们建立了一个新的马尔可夫链模型来描述所有的状态转移的公共和私有链。哈希率的最小要求以及盈利的最小延迟以封闭形式导出。前者在对称自私矿工的情况下降低到21.48%，而他们与非对称哈希率的竞争对盈利阈值提出了更高的要求。随着自私矿工哈希率的降低，有利可图的延迟会增加，这使得矿池在执行自私采矿时更加谨慎。
2018-11-01 cs.CE cs.CR
YODA: Enabling computationally intensive contracts on blockchains with Byzantine and Selfish nodes
比特币和以太坊等无需许可的区块链的一个主要缺点是它们不适合运行计算密集型智能合约（CIC）。这阻止了这样的区块链运行机器学习算法、零知识证明等，这些可能需要非平凡的计算。在本文中，我们介绍了YODA，据我们所知，这是第一个在无许可区块链中有效计算CIC的解决方案，并保证了拜占庭和自私节点的威胁模型。YODA通过排序选择一个或多个执行集（ES）来执行特定的CIC链下。一个关键的创新是基于序贯假设检验的多轮自适应一致性估计（MIRACLE）算法。M I RACLE允许执行集很小，从而使YODA高效，同时确保正确的CIC执行概率很高。它根据系统中拜占庭节点的集中度自动调整ES集的数量，并且在某些场景中使用的ES集的预期数量方面是最佳的。通过一套经济激励和技术机制，如新的随机插入合同执行（RICE）算法，我们迫使自私的节点诚实的行为。我们还证明了自私节点的诚实行为是一个近似的纳什均衡。我们介绍了YODA的系统设计和细节，并证明了MIRACLE和RICE的安全性。我们在以太坊之上构建的原型实现展示了YODA运行CIC的能力，其单位时间内的气体数量级以及总气体需求比以太坊目前支持的高。这也证明了大米的低成本。
2018-12-18 cs.CR
On the Preliminary Investigation of Selfish Mining Strategy with Multiple Selfish Miners
Eyal和Sirer的自私采矿策略表明，即使50%的总采矿权由利他主义矿工掌握，比特币系统也不安全。从那时起，研究人员一直在研究如何提高自私挖矿的效率，或者如何防御自私挖矿，通常是在单个自私矿工的情况下。然而，目前还没有研究系统中多个矿工并发使用的自私挖掘策略。这种自私的挖掘策略的有效性及其在这种多个自私矿工设置下所需的挖掘能力仍然是未知的。在本文中，一个初步的调查和我们的研究结果，自私的多矿工使用的挖掘策略。此外，比特币系统的传统模型略有重新设计，以解决其缺点：即单个采矿过程的并发性。虽然在这种情况下自私的挖掘策略的理论分析尚未建立，目前的研究结果的基础上模拟是有前途的，极大的兴趣。特别是，我们的工作表明，自私的挖掘策略所需的功率阈值的下限按比例减少自私的矿工的数量。此外，存在纳什均衡，其中系统中的所有自私矿工都不会改变为诚实的采矿策略，并且同时获得不公平的采矿奖励，因为他们同样拥有足够大的采矿能力。最后，我们的新模型产生的权力阈值安装自私的挖掘策略略大于一个从传统的模型。
2018-02-06 cs.CR cs.GT cs.MA
Selfish Mining in Ethereum
我们在以太坊中研究自私挖矿。这个问题在组合上比比特币更复杂，因为奖励系统和不同的难度调整公式存在重大差异。比特币中的等价策略在以太坊中确实有不同的盈利能力。攻击者可以一个一个地广播他的分叉，或者尽可能长时间地保密，并在攻击周期结束时一次性发布。第一种策略对大量的哈希率是有害的，我们证明了第二种策略更糟糕。这证实了我们已经为比特币证明的事实：自私的挖矿最重要的是对难度调整公式的攻击。我们表明，目前的奖励信号叔叔块是一个弱激励攻击信号块。我们计算了不同策略的盈利能力，发现对于一个大的参数空间值，不信号块的策略是最好的。我们计算这些策略的表观哈希率的封闭式公式并进行比较。我们使用一个直接的组合分析与戴克的话，找到这些封闭形式的公式。
2019-04-30 cs.CR
Efficient MDP Analysis for Selfish-Mining in Blockchains
工作量证明（PoW）区块链协议根据其参与者（称为矿工）在总计算能力中的份额向其分配奖励。足够大的矿工可以执行自私的挖掘-偏离协议以获得超过其公平份额的收益。因此，如果所有矿工都小于阈值大小，那么这样的系统是安全的，因此他们的最佳响应是遵循协议。为了找到阈值，必须确定不同规模的矿工的最佳策略，即，马尔可夫决策过程（MDP）然而，由于PoW难度调整机制，矿工的效用是一个非线性比率函数。因此，我们称之为平均回报率（ARR）MDP。Sapirshtein等人是第一个通过求解一系列收敛到ARR MDP解的标准MDP来求解ARR MDP的人。在这项工作中，我们提出了一种新的技术，通过解决一个标准的MDP解决ARR MDP。我们的方法的关键是增加MDP，使其在预期的轮数内随机终止。我们称之为概率终止优化（PTO），该技术适用于任何效用为比率函数的MDP。我们限制了PTO的近似误差-它与终止前的预期轮数成反比，这是我们控制的参数。从经验上看，PTO的复杂度比现有技术低一个数量级，PTO可以很容易地应用于不同的区块链。我们用它来收紧以太坊中自私挖矿的门槛。
2020-09-15 cs.CR
Selfish Mining in Ethereum
作为市值第二大的加密货币和当今最大的运行智能合约的去中心化平台，以太坊受到了业界和学术界的广泛关注。然而，目前对它的挖掘策略的安全性的研究很少，特别是从自私挖掘的角度。本文旨在通过分析以太坊中的自私挖矿并了解其潜在威胁来填补这一研究空白。首先，我们引入了一个二维马尔可夫过程来模拟自私挖掘策略的行为，该策略受到Eyal和Sirer提出的比特币挖掘策略的启发。其次，我们推导出马尔可夫模型的平稳分布，并计算长期平均采矿回报。这使我们能够确定计算能力的阈值，使自私的挖掘在以太坊中有利可图。我们发现这个阈值低于比特币挖矿的阈值（Eyal和Sirer发现的阈值为25%），这表明以太坊比比特币更容易受到自私挖矿的影响。
2021-07-11 cs.CR cs.DC
Sensitivity-Based Optimization for Blockchain Selfish Mining
本文提出了一种基于灵敏度优化理论的区块链自私挖掘动态决策方法。我们的目标是找到不诚实矿池的最佳动态区块链挂钩策略。为了研究自私挖掘攻击，设计了两个不同竞争准则的矿池，其中诚实矿池遵循两块领先竞争准则，而不诚实矿池通过使用区块链挂钩策略来遵循两块领先竞争准则的修改。为了找到最优的区块链挂钩策略，我们建立了一个基于策略的连续时间马尔可夫过程，并分析了一些关键因素。在此基础上，我们讨论了长期平均利润相对于区块链挂钩奖励的单调性和最优性，并证明了最优区块链挂钩策略的结构。希望本文的研究方法和结果能够为区块链自私挖掘攻击的动态决策研究提供参考。
2021-11-13 cs.CR math.CO math.OC
SquirRL: Automating Attack Analysis on Blockchain Incentive Mechanisms with Deep Reinforcement Learning
激励机制是非许可区块链功能的核心：它们激励参与者运行和保护底层共识协议。然而，设计激励相容的激励机制是众所周知的挑战。因此，今天大多数公共区块链使用的激励机制的安全属性知之甚少，而且在很大程度上未经测试。在这项工作中，我们提出了SquirRL，这是一个使用深度强化学习来分析对区块链激励机制的攻击的框架。我们通过首先恢复已知的攻击来展示SquirRL的能力：（1）比特币中的最佳自私挖掘攻击[52]，以及（2）块扣留攻击中的纳什均衡[16]。我们还使用SquirRL获得了一些新的经验结果。首先，我们发现了一个违反直觉的缺陷，在广泛使用的冲对手模型时，适用于多智能体马尔可夫博弈不完全信息。其次，我们证明了[52]中确定的最佳自私挖掘策略实际上不是多代理自私挖掘设置中的纳什均衡。事实上，我们的研究结果表明（但没有证明），当两个以上的竞争代理人从事自私的挖掘，没有有利可图的纳什均衡。这与在野外没有观察到自私的采矿是一致的。第三，我们发现了一种针对以太坊终结机制简化版的新型攻击，Casper the Friendly Finality Gadget（FFG）允许战略代理人将其奖励放大高达30%。值得注意的是，[10]表明诚实投票是Casper FFG中的纳什均衡：我们的攻击表明，当Casper FFG由自私挖掘组成时，情况不再如此。总之，我们的实验证明了SquirRL的灵活性和承诺，作为一个框…
2020-08-04 cs.CR
Twisted by the Pools: Detection of Selfish Anomalies in Proof-of-Work Mining
针对工作量证明加密货币中的自私挖矿攻击威胁，本文提出结合统计检验与地址聚类的检测方法，在多种主流加密货币中发现异常矿工及协同挖矿卡特尔，为这类策略性挖矿行为的实际存在提供了首批经验证据。
2023-05-03 cs.CR
Partial Selfish Mining for More Profits
本文提出部分自私挖矿（PSM）及高级PSM攻击，通过公开释放部分区块数据吸引理性矿工在攻击者私有分支上工作，从而在特定算力和网络条件下获得比自私挖矿和诚实挖矿更高的利润。
2024-04-06 cs.CR cs.DC
Selfish Mining and Dyck Words in Bitcoin and Ethereum Networks
本文的主要目标是提供一种直接的方法，该方法仅使用基本概率和组合学，更准确地说，是Dyck词来计算自私挖掘策略的长期表观哈希率。我们可以避免计算马尔可夫链上的平稳概率，也不像以前的分析那样计算泊松过程的停时。我们确实将这些技术应用于比特币的其他区块预扣策略，然后，我们还考虑了以太坊的自私采矿。
2019-04-11 cs.CR math.CO
Mining Power Destruction Attacks in the Presence of Petty-Compliant Mining Pools
针对比特币存在轻微合规矿池的场景，分析自私挖矿、新型贿赂攻击及算力分散攻击三种算力破坏攻击，考虑矿池算力分布等因素，揭示各攻击的效果与特性，为比特币安全防护提供参考。
2025-02-11 cs.CR
On profitability of selfish mining
我们回顾了比特币网络中所谓的自私挖矿策略，并将其盈利能力与诚实挖矿进行了比较，建立了一个严格的重复博弈盈利能力模型。在以前的文献中，基于马尔可夫模型的攻击的时间分析被忽略了，但这是至关重要的。利用鞅方法和Doob停时定理，我们计算了攻击周期的期望持续时间。我们发现了比特币网络的一个显著特性：在难度调整之前，没有任何策略比诚实策略更有利可图。因此，自私挖掘只能在事后变得有利可图，因此它是对难度调整算法的攻击。我们提出了一种改进的比特币协议，使其免疫自私的挖掘攻击。我们还研究了矿工对自私矿池的吸引力。我们计算自私矿工获利前的预期持续时间，这是以前的马尔可夫模型无法实现的计算。
2019-01-22 cs.CR cs.GT math.PR
MAD-DAG: Protecting Blockchain Consensus from MEV
Technion（以色列理工学院）
MAD-DAG通过新颖的账本功能和可处理的模型，有效对抗自私挖矿，其安全阈值在不利条件下优于现有方案。
2025-11-26 cs.CR cs.DC
Bitcoin Selfish Mining and Dyck Words
我们给出了一个简单的证明公式，该公式仅使用基本概率和组合学，更准确地说，是Dyck的单词，给出了比特币中自私采矿策略的长期表观哈希率。不需要计算马尔可夫链上的平稳概率，也不需要像以前那样计算泊松过程的停时。我们还考虑了其他几个区块预扣策略。
2019-02-05 cs.CR math.CO math.PR
Insightful Mining Equilibria
自私挖矿攻击，可以说是区块链中最著名的博弈论攻击，表明比特币协议是不兼容激励的。大多数后续的工作主要集中在加强自私的挖掘策略，从而使一个单一的战略代理更容易偏离。与此形成鲜明对比的是，很少有人关注对自私采矿攻击的抵抗行为，更不用说对区块链作为多代理系统中的矿工和矿池进行进一步的均衡分析。在本文中，首先，我们提出了一个策略，称为洞察挖掘，以抵消自私的挖掘。通过将卧底矿工渗透到自私池中，洞察池可以获得其隐藏区块的数量。我们证明了，有了这个额外的洞察力，有洞察力的池的效用可以严格大于自私的池时，他们有相同的挖掘能力。然后，我们研究了采矿游戏中，所有的游泳池可以选择是诚实的或采取有见地的采矿策略。我们刻画了这个采矿博弈的纳什均衡，并得到了三个推论：（a）每个采矿博弈都有一个纯纳什均衡;（b）如果最大的采矿池的采矿能力不超过1/3，诚实采矿是一个纳什均衡;（c）无论采矿能力如何分配，均衡下最多有两个有洞察力的矿池。
2022-02-17 cs.CR cs.GT
Exploring the Attack Surface of Blockchain: A Systematic Overview
在本文中，我们系统地探讨了区块链技术的攻击面，重点是公共区块链。为了实现这一目标，我们将攻击面中的攻击可行性归因于1）区块链加密结构，2）使用区块链的系统的分布式架构，以及3）区块链应用程序上下文。对于每一个影响因素，我们概述了几种攻击，包括自私挖掘，51%攻击，域名系统（DNS）攻击，分布式拒绝服务（DDoS）攻击，共识延迟（由于自私行为或分布式拒绝服务攻击），区块链分叉，孤立和陈旧块，块摄取，钱包盗窃，智能合约攻击和隐私攻击。我们还探讨了这些攻击之间的因果关系，以展示各种攻击向量是如何相互连接的。这项工作的第二个贡献是概述了区块链技术所采取的有效防御措施或研究人员提出的有效防御措施，以减轻这些攻击的影响并修补相关漏洞
2019-04-06 cs.CR
Blockchain Mining with Multiple Selfish Miners
本文研究多攻击者对自私挖矿盈利性的影响，通过马尔可夫链和POMDP模型分析盈利阈值，发现多攻击者显著降低阈值，并揭示自私挖矿初期不盈利的特性。
2023-04-01 cs.CR cs.GT
A New Theoretical Framework of Pyramid Markov Processes for Blockchain Selfish Mining
在本文中，我们提供了一个新的金字塔马尔可夫过程的理论框架，以解决严格的数学设置下的区块链自私挖掘的一些开放和基本问题。我们首先描述了一个更一般的区块链自私挖掘模型，它既有两个区块的领先竞争标准，又有一个新的经济激励机制。然后建立了一个金字塔马尔可夫过程，证明了它是不可约的正常返过程，其平稳概率向量是矩阵几何的，具有一个显式表示的速率矩阵。此外，我们还使用静态概率向量来研究大量孤立块对计算资源浪费的影响。接下来，我们建立了一个金字塔马尔可夫奖励过程来研究诚实和不诚实的矿池的长期平均利润。作为一个副产品，我们建立了三个近似的马尔可夫过程，并提供了一些新的有趣的解释马尔可夫链和收入分析报告中的开创性工作由Eyal和Sirer（2014）。请注意，金字塔马尔可夫（奖励）过程可以在区块链自私挖掘的研究中开辟一条新的途径。因此，我们希望本文中开发的方法和结果能够为区块链自私挖掘提供启发，从而可以潜在地开展一系列有前途的研究。
2021-09-12 cs.CR cs.DC cs.PF
Generic Selfish Mining MDP for DAG Protocols
针对DAG协议自私挖矿分析复杂且难以比较的问题，提出通用模块化攻击空间，将协议指定为程序并自动推导MDPs，支持Ethereum等多种DAG协议。
2024-04-30 cs.CR cs.DC
New intelligent defense systems to reduce the risks of Selfish Mining and Double-Spending attacks using Learning Automata
针对区块链数字货币的双花与自私挖矿攻击及二者结合的新型攻击，提出基于学习自动机的SDTLA和WVBM防御模型，可提升自私挖矿盈利阈值、降低双花风险，优化区块链安全与效率。
2024-03-08 cs.CR cs.LG
Automated Selfish Mining Analysis for DAG-Based PoW Consensus Protocols
针对DAG结构工作量证明协议中自私挖矿分析需手动构建MDP的问题，提出模块化通用攻击模型，自动推导并求解MDP，覆盖以太坊PoW、GhostDAG等协议。
2025-06-21 cs.CR cs.DC
Profit lag and alternate network mining
对于挖矿策略，我们将“利润滞后”定义为在那一刻之后盈利所需的最短时间。我们计算封闭形式的利润滞后和收益率的策略“自私的挖掘”和“间歇性自私的挖掘”。这证实了一些早期的数值模拟和澄清文献中的盈利能力的误解。我们还研究了使用相同的挖掘算法挖掘PoW加密货币对，通常来自分叉。这代表了一个攻击向量，可以使用我们定义的“备用网络挖掘”策略进行利用。我们计算了该策略的收益滞后和收益率的封闭形式，该策略比自私挖掘和间歇性自私挖掘更有利可图。它也更难应对，因为它不依赖于难度调整公式中的缺陷，而该缺陷是其他策略盈利的原因。
2020-10-06 cs.CR math.PR
When Blockchain Meets AI: Optimal Mining Strategy Achieved By Machine Learning
这项工作应用了AI机器学习领域的强化学习（RL），在不知道区块链网络模型细节的情况下，推导出一个最优的类比特币区块链挖掘策略。以前，最有利可图的挖掘策略被认为是在默认区块链协议中编码的诚实挖掘。后来证明，通过偏离诚实挖掘可以获得更多的挖掘奖励。特别地，挖掘问题可以被公式化为马尔可夫决策过程（MDP），可以求解该MDP以给出最优挖掘策略。然而，解决挖掘MDP需要知道表征区块链网络模型的各种参数的值。在真实的区块链网络中，这些参数值并不容易获得，并且可能会随着时间的推移而变化。这阻碍了基于MDP模型的解决方案的使用。在这项工作中，我们采用RL动态学习挖掘策略，通过观察和与网络交互，性能接近最佳挖掘策略。由于挖掘MDP问题具有非线性的目标函数（而不是标准MDP问题的线性函数），我们设计了一个新的多维RL算法来解决这个问题。实验结果表明，在不知道挖掘MDP模型的参数值的情况下，我们的多维RL挖掘算法仍然可以在时变区块链网络上实现最佳性能。
2021-01-06 cs.CR
The Impact of Uncle Rewards on Selfish Mining in Ethereum
今天的许多加密货币使用区块链作为分散的分类账，并通过工作证明来保护它们。在链分叉的情况下，比特币实现共识的规则是选择最长的链，并丢弃另一条链。事实证明，这种共识规则在自私的挖掘中有一个弱点，自私的矿工通过部分保留区块来利用区块生成中的差异。然而，在以太坊中，在某些条件下，陈旧的区块不必被丢弃，而是可以从主链中引用，作为叔叔区块，产生部分奖励。这一概念限制了网络延迟对矿工预期收入的影响。但这个概念也降低了自私的矿工从扣留新铸造的区块中得不到回报的风险。本文使用蒙特卡罗模拟来量化叔叔块对自私采矿的盈利能力和以太坊（ETH）中区块链安全性的影响。本文将简要介绍最近的以太坊经典（ETC）改进提案，该提案在选择主链时对Uncle块进行了权衡。
2018-08-10 cs.CR cs.GT
Selfish Mining in Proof-of-Work Blockchain with Multiple Miners: An Empirical Evaluation
工作量证明区块链尽管有许多好处，但仍然不是一种完全安全的技术，因为存在可能破坏系统及其采矿经济的自私采矿（SM）策略。虽然SM的影响主要是在两个矿工的情况下研究的，但还没有在更实际的情况下进行研究，其中有多个恶意矿工单独执行SM。为了填补这一空白，我们进行了一项实证研究，分别考虑了不同数量的SM矿工（他们总是执行SM）和战略矿工（他们选择SM或中本聪的采矿协议，这取决于最大化他们的个人采矿奖励）。我们的研究结果表明，随着SM矿工数量的增加，SM通常更有效，但其有效性在大量战略矿工的存在下并没有变化。在特定的挖掘功率分布下，我们还证明了多个矿工可以执行SM，同时获得比他们应该获得的更高的挖掘奖励。令人惊讶的是，我们还表明，战略矿工越多，系统就越强大。由于区块链矿工自然应该被视为自私的战略矿工，我们的研究结果鼓励区块链系统开发人员和工程师吸引尽可能多的矿工，以防止SM和类似行为。
2019-10-06 cs.CR cs.MA
Model-Based Calculation Method of Mining Fairness in Blockchain
针对区块链中提高交易处理能力损害挖矿公平性的困境，提出一种基于数学模型的计算方法，显式考虑分叉影响，通过模拟验证其准确性，为权衡可扩展性与去中心化提供定量框架。
2025-09-09 cs.CR
Undetectable Selfish Mining
针对自私挖矿可被统计检测的批评，提出一种统计不可检测的自私挖矿变体，其孤块模式与高延迟诚实矿工世界相同，且对拥有38.2%算力的攻击者严格有利。
2024-02-04 cs.CR cs.DC cs.DS
Towards Secure Decentralized Applications and Consensus Protocols in Blockchains (on Selfish Mining, Undercutting Attacks, DAG-Based Blockchains, E-Voting, Cryptocurrency Wallets, Secure-Logging, and CBDC)
本文研究了区块链和去中心化应用的安全性问题，提出安全参考架构、共识安全、钱包安全、e-投票协议及安全日志记录改进方案，提升区块链系统的整体安全性。
2025-12-15 cs.CR cs.DC cs.GT
On the profitability of selfish blockchain mining under consideration of ruin
众所周知，在配备工作量证明共识协议的区块链上挖掘区块是消耗资源的。矿工承担采矿的运营成本，主要是电力消耗和IT设备，并在发现区块时获得资本收益的补偿。本文的目的是量化的盈利能力的采矿时，也考虑了可能的破产事件。这是通过制定一个易于处理的随机模型，并使用工具，从应用概率和分析，包括显式解的某种类型的先进的泛函微分方程。未来某个时间点的预期利润是针对矿工遵守协议以及他/她保留区块的情况确定的。得到的显式表达式允许分析的敏感性相对于不同的模型成分，并确定条件下，自私的挖掘是一个战略优势。
2020-10-24 cs.CR math.OC math.PR
Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable
比特币加密货币将其交易记录在称为区块链的公共日志中。它的安全性关键在于维护区块链的分布式协议，由称为矿工的参与者运行。传统观点认为，该协议是激励兼容的，并且可以防止少数群体的勾结，即，它激励矿工按照规定遵守协议。我们表明，比特币协议是不兼容的激励。我们提出了一种攻击，勾结矿工获得的收入大于他们的公平份额。这种攻击可能会对比特币产生重大影响：理性的矿工更愿意加入自私的矿工，而勾结的群体将不断扩大，直到成为大多数。在这一点上，比特币系统不再是一种去中心化的货币。自私挖矿对于任何规模的合谋矿工都是可行的。我们对比特币协议提出了一个实际的修改，以防止控制不到1/4资源的自私矿池。这个阈值低于错误假设的1/2界限，但优于当前的现实，即任何规模的群体都可能危及系统。
2013-11-15 cs.CR
Proof of Mining in Blockchain Systems
我们提出了一个采矿系统的证明。粗略地说，在该系统中，具有账户$A$的判别指数$a\in[0,1]$的采矿权${\rm mstak}(A)$由以下公式定义：$${\rm mstak}(A)=(1-a)\cdot\frac{1}{\rm NOM}+a\cdot\frac{{\rm NOBM}(A)}{L},$$其中$L$是区块链的长度，${\rm NOM}$是区块链中的矿工数量，并且${\rm NOBM}(A)$是由$A$开采的区块数量。
2019-03-03 cs.CR
Pooling is not Favorable: Decentralize Mining Power of PoW Blockchain Using Age-of-Work
在工作量证明（PoW）区块链中，生成区块的平均等待时间与矿工的计算能力成反比。为了减少平均区块生成时间，一组个体矿工可以形成一个矿池，以聚合他们的计算能力来共同解决难题，并分享区块中包含的奖励。然而，如果池的聚合计算能力形成网络中总计算能力的相当大的一部分，则池化挖掘破坏了区块链的核心精神，即，去中心化，危害其安全性。为了阻止池挖掘，我们开发了一个新的共识协议，称为年龄证明（PoA），该协议建立在本地PoW协议的基础上。PoA的核心思想在于使用工作量（AoW）来衡量矿工为维护区块链安全而投入的有效开采时间。与原生PoW协议不同，在我们的PoA协议中，即使矿工没有成功开采区块，也会从其有效开采期中受益。我们首先采用连续时间马尔可夫链（CTMC）来模拟基于PoA的区块链的块生成过程。基于该CTMC模型，我们分别分析了矿池和单个矿工的区块生成率。我们的分析结果证实，在PoA下，矿池中矿工的区块生成率与单独矿工相比有所降低，从而抑制了池化采矿。最后，我们在PoA区块链中模拟了挖掘过程，以证明分析结果的一致性。
2021-04-05 cs.CR
BM-PAW: A Profitable Mining Attack in the PoW-based Blockchain System
本文提出BM-PAW挖矿攻击策略，通过向目标矿池提供贿赂使其配合，在PoW区块链中获取比现有PAW攻击更高的收益，并通过均衡分析证明其可规避矿工困境，最后给出防御对策。
2025-05-09 cs.CR
Game-Theoretical Analysis of Mining Strategy for Bitcoin-NG Blockchain Protocol
Bitcoin-NG是一种可扩展的区块链协议，将每个区块分为一个关键区块和许多微区块，有效提高事务处理能力。Bitcoin-NG有一个特殊的激励机制（即将交易费用分摊给当前和下一个领导者）来维护其安全性。然而，这种激励机制的设计忽略了交易费用，铸币和采矿持续时间长度对预期采矿奖励的联合影响。在本文中，我们确定了先进的挖掘攻击，故意忽略微块，以扩大挖掘持续时间的长度，以增加赢得采矿比赛的可能性。我们首先证明了一个先进的挖掘攻击者可以通过优化其挖掘持续时间长度来最大化其预期回报。然后，我们制定了一个游戏理论模型，其中多个采矿玩家进行先进的采矿相互竞争。我们分析了采矿博弈的纳什均衡。我们的分析和模拟结果表明，挖矿博弈中的所有挖矿参与者都收敛于在均衡点进行高级挖矿，并且没有偏离均衡点的动机;比特币NG网络在均衡点的事务处理能力因高级挖矿而降低。因此，我们得出结论，Bitcoin-NG区块链协议容易受到高级挖掘攻击。我们讨论如何减少高级挖矿对Bitcoin-NG的负面影响。
2020-06-20 cs.CR
FiberPool: Leveraging Multiple Blockchains for Decentralized Pooled Mining
本文提出分布式矿池FiberPool，通过集成主链智能合约、存储链和子链解决中心化问题，并验证其支付方案的公平性、预算平衡性、奖励稳定性和激励兼容性。
2025-01-26 cs.CR
The Framework of Consensus Equilibria for Mining-Pool Games in Blockchain Ecosystems
本文的目标是建立区块链生态系统中矿池博弈的共识均衡的一般框架，并利用区块链生态系统中的共识博弈这一新概念，解释了与矿池博弈行为相关的共识均衡存在的稳定性，区块链生态系统主要是指考虑三种不同因素的经济活动，奖励机制和挖掘能力，通过应用中本聪在2008年提出的称为工作量证明的关键共识来实现。为了做到这一点，我们首先概述了如何制定矿池游戏的共识均衡的一般存在性，然后在区块链共识框架下通过共识均衡的存在性来解释比特币的Gap游戏的稳定性，然后，我们通过使用矿工的利润函数作为博弈论中的收益作为应用，我们建立了Gap博弈共识均衡的一般存在性结果，这不仅有助于我们在区块链生态系统的一般框架下证明Gap博弈的一般稳定性的存在性，而且还允许我们在嵌入比特币经济学的场景中说明矿工的Gap行为可能影响的矿池博弈研究中的一些不同现象。我们对区块链生态系统中挖掘缺口博弈稳定性的解释研究表明，共识均衡的概念可能对共识经济学基础理论的发展起着重要作用。
2020-06-30 cs.CR
ZeroBlock: Timestamp-Free Prevention of Block-Withholding Attack in Bitcoin
比特币最近被引入作为点对点电子货币，以促进传统金融体系之外的交易。比特币的核心，区块链，是所有矿工作为分布式共享寄存器维护的系统中的交易历史。区块链中的新区块包含系统中的最后一笔交易，并由矿工在解决资源消耗工作量证明（加密难题）的区块挖掘过程后添加。奖励是挖掘过程的动机，但也可能是自私挖掘等攻击的动机。在本文中，我们提出了一个解决方案，在比特币的主要问题之一：自私的采矿或块扣留攻击。这种攻击是由敌对或自私的矿工进行的，目的是获得不适当的奖励或浪费诚实矿工的计算能力。与最近的解决方案相反，我们的解决方案ZeroBlock使用一种可以伪造的无时间戳技术来防止块扣留。此外，我们表明，我们的解决方案是符合节点流失。
2017-05-03 cs.CR
Nik Defense: An Artificial Intelligence Based Defense Mechanism against Selfish Mining in Bitcoin
Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）
Bitcoin cryptocurrency最近备受关注。在比特币网络中，交易记录在分类账中。在这个网络中，记录交易的过程取决于一些称为矿工的节点，这些节点执行一个称为挖掘协议的协议。挖掘协议的一个重要方面是激励相容性。然而，文献表明，比特币挖矿的协议是不兼容激励的。一些具有高计算能力的节点可以通过采用一种称为自私挖掘攻击的攻击来获得比其公平份额更多的收益。本文应用学习自动机理论，提出了一种基于人工智能的防御自私挖掘攻击的方法。该防御机制通过基于区块发现时间分配权重来忽略私有区块，并利用学习自动机自适应地评估分支高度差来改变当前比特币的分叉解析策略。据我们所知，该协议是文献中第一个基于学习的防御机制。仿真结果表明，该机制对平局打破机制，这是一个众所周知的防御的优越性。仿真结果表明，所提出的防御机制将收益阈值提高到40%，并降低了自私攻击者的收益.
2023-02-14 cs.AI cs.CR cs.DC
Statistical Confidence in Mining Power Estimates for PoW Blockchains
针对PoW区块链算力分布无法直接读取的问题，提出量化Nakamoto系数统计不确定性的框架，建议至少聚合7天区块，并输出具有统计支持的系数取值范围。
2024-03-20 cs.CR
Dynamic Transaction Storage Strategies for a Sustainable Blockchain
作为比特币背后的核心技术，区块链的去中心化、防篡改和可追溯的特性使其成为组织创新的首选平台。在目前的比特币中，区块奖励每四年减半，交易费预计将在2140年左右成为矿工收入的主要部分。当交易费用主导挖矿奖励时，自私挖矿、挖底和挖矿缺口等策略偏差可能会威胁到区块链的完整性和安全性。本文提出了一套动态交易存储（Dynamic Transaction Storage，简称DSTs）策略，用于在交易费制度下维护可持续的区块链。我们证明，块激励波动性可以通过系统的模拟，通过应用可调策略和避免战略偏差。有了区块链，当挖矿奖励完全基于交易费时，比特币等公共区块链变得可持续。
2022-02-19 cs.CR
Bobtail: A Proof-of-Work Target that Minimizes Blockchain Mining Variance (Draft)
区块链系统旨在以恒定的平均速率生产区块。目前最流行的系统采用工作量证明（PoW）算法作为创建这些块的方法。比特币平均每10分钟产生一个区块。所有已部署的PoW区块链系统的一个不幸限制是，区块之间的时间差异很大。例如，5%的时间，比特币的区块间时间至少为40分钟。这种差异阻碍了系统中经过验证的交易的一致流动。我们提出了一种基于PoW的块发现的替代过程，该过程导致块间时间具有显着较低的方差。我们的算法，称为短尾，概括了目前的算法，通过比较平均的k个最低阶统计量的目标。我们发现，块间时间的方差随着k的增加而减小。如果我们的方法应用于比特币，大约80%的区块将在7到12分钟内找到，几乎每个区块都将在5到18分钟内找到;平均区块间时间将保持在10分钟。此外，我们表明，低方差挖掘显着挫败double-pend和自私的挖掘攻击。对于目前的比特币和以太坊（k=1），当商家设置8个区块的禁运时，拥有40%挖矿能力的攻击者将以30%的概率成功;然而，当k>=20时，成功的概率下降到不到1%。类似地，对于比特币和以太坊，目前，一个拥有40%挖矿能力的自私矿工将获得大约66%的区块;然而，当k>=5时，同一个矿工会发现自私挖矿不如诚实挖矿成功。我们的方法的成本是一个更大的块头。
2019-08-13 cs.CR
Dynamic Mining Interval to Improve Blockchain Throughput
针对区块链吞吐量受交易波动影响的问题，提出动态挖矿间隔（DMI）机制，结合动态交易存储（DTS）以提升吞吐量并稳定激励。
2023-12-21 cs.CR
On profitability of stubborn mining
我们计算和比较收益的顽固的挖掘策略，自私的挖掘的变化。这些都是违反比特币网络协议规则的异常挖矿策略。我们应用了上一篇关于自私挖掘的盈利能力的配套文章中的基本设置，以及新的鞅技术来获得收益率的封闭式计算，这是盈利能力的正确基准。Catalan数和Catalan分布出现在封闭形式的计算中。这标志着加泰罗尼亚数字在比特币协议的数学中首次出现。
2018-08-02 cs.CR math.PR
A Jumping Mining Attack and Solution
挖矿是区块链的重要组成部分，使用工作量证明（PoW）对其进行共识，通过测试多个哈希计算来寻找匹配的区块。为了吸引更多的哈希计算能力，找到合适区块的矿工可以获得一些奖励。实际上，这些哈希计算确保了区块链的数据不容易被篡改。因此，挖矿的激励机制直接影响到区块链的安全性。本文提出了一种针对区块链挖矿中使用的难度调整算法（DAA）的攻击方法，该算法直接影响矿工的收益。在这种方法中，攻击矿工在不同的区块链之间跳跃，以获得比只在一个区块链上挖矿的诚实矿工更多的利益。我们建立了一个概率模型来模拟在不同的哈希计算能力（称为哈希率）下获得下一个块的时间。基于这个模型，我们分析了主要加密货币的DAA，包括比特币，比特币现金，Zcash和比特币黄金。通过仿真实验进一步验证了跳矿攻击的有效性，并在Bitcoin Gold的公开区块数据中得到了跳矿攻击的特征。最后，我们给出了一个改进的DAA方案。大量的实验提供了支持我们所设计的方案的效率。
2020-08-18 cs.CR
Be Selfish and Avoid Dilemmas: Fork After Withholding (FAW) Attacks on Bitcoin
本文提出比特币扣块后分叉（FAW）攻击，结合BWH与蓄意分叉，使攻击者收益显著高于BWH且打破矿工困境，揭示其严重威胁并指出对策仍是开放问题。
2017-08-31 cs.CR
Green-PoW: An Energy-Efficient Blockchain Proof-of-Work Consensus Algorithm
本文选择通过合理地重新利用挖掘过程中消耗的功率来减轻区块链工作量证明（PoW）共识算法的能量效率低下。最初的PoW挖掘方案设计为一次考虑一个区块，并为计算竞赛的第一名获胜者分配奖励。为了减少与采矿相关的能量消耗，我们建议通过授予他们在下一轮中解决即将到来的块的排他性来补偿采矿轮的亚军的计算工作。这将大大减少下一轮中竞争节点的数量，从而减少消耗的能量。我们提出的方案将时间划分为时期，每个时期包括两轮挖掘;在第一轮中，所有网络节点都可以参与挖掘过程，而在第二轮中，只有亚军可以参加。因此，总的采矿能耗可以减少到接近$50\%$。据我们所知，我们提出的方案是第一个大大提高原始PoW算法的能耗。我们的分析表明，我们的计划在减少能源消耗的有效性，分叉发生的概率，在原来的PoW算法中提出的挖掘集中的水平，和交易审查攻击的影响。
2020-07-08 cs.CR
Better Incentives for Proof-of-Work
这项工作提出了一种新的工作量证明区块链激励方案，这样，除了外部动机，遵循协议保证是矿工的最佳策略。我们的区块链采用有向无环图的形式，从而提高了吞吐量和速度。更重要的是，为了让我们的区块链发挥作用，我们不希望矿工为了系统的可操作性而遵守某种预设的协议。相反，如果矿工自私地行事，试图获得最大可能的回报，而不考虑区块链的整体健康状况，我们的系统就可以工作。
2022-06-21 cs.CR
An Analysis of Attacks on Blockchain Consensus
我们提出并验证了区块链挖掘过程的一个新的数学模型，并使用它来对双重花费攻击进行经济评估，这是所有区块链系统的基础。我们的分析重点是在传统的双重花费攻击下可以保护的交易的价值，无论有没有并发的Eclipse攻击。我们的模型量化了决定攻击成功的几个因素的重要性，包括确认深度，攻击者挖掘能力以及商家设定的任何确认期限。一般来说，交易对双重花费攻击的安全性随着区块深度的增加而增加，随着区块中（个人之间）交易的硬币数量的增加而变得更容易，但随着所需工作量证明的增加而变得更加困难。在最近的区块链数据中，我们观察到的区块交易额中值为6 BTC。基于此值，需要单次确认的商家仅能抵御能将当前挖矿能力提高1%或更少的攻击者。然而，类似的分析显示，需要更长的72次确认（约12小时）的商家将消除任何双重花费攻击者的所有潜在利润，增加的挖矿能力低于当前挖矿能力的40%。
2016-11-20 cs.CR
A Survey on Consensus Mechanisms and Mining Strategy Management in Blockchain Networks
过去十年见证了区块链技术的快速发展，引起了研究界和行业的极大兴趣。区块链网络起源于互联网金融领域，是一种分散的、不可变的分类账系统，用于交易数据排序。如今，它被设想为一个强大的骨干/框架，用于分散的数据处理和数据驱动的自组织，在扁平的开放访问网络中。特别是，去中心化、不变性和自组织的合理特征主要是由于区块链网络引入的独特的去中心化共识机制。这项调查的动机是缺乏对区块链网络中去中心化共识机制发展的全面文献综述。在这项调查中，我们提供了区块链网络组织的系统愿景。通过强调区块链网络中激励共识的独特特征，我们对最先进的共识协议进行了深入的审查，重点放在分布式共识系统设计和激励机制设计的角度。从博弈论的角度来看，我们还对区块链骨干网络中各个节点的自组织策略进行了彻底的审查。因此，我们对区块链网络在广泛领域的新兴应用进行了全面调查。我们强调，我们特别感兴趣的共识机制如何影响这些应用程序。最后，我们讨论了区块链共识协议设计中的几个开放问题以及相关的潜在研究方向。
2019-02-19 cs.CR
